光纤照明的原理与应用

光纤照明的原理与应用 摘要：在照明技术中，光纤照明是一枝独秀的照明新技术。本文详细地阐述了光纤照明的原理和特点。并着重介绍了光纤照明的产品及应用。 关键词：光导纤维 光纤照明 灯具 产品与应用 一、概述 在照明技术中，光纤照明是一枝独秀的照明新技术。由于它具有光的柔性传输，安全可靠。所以广泛地应用于工业、科研、医学及景观设计中，并在国内外市场中已形成各类产品。本文仅以个人学习和实践中的有限知识重点介绍景观设计中的光纤照明技术及产品和应用以求教同行专家。 二、光纤照明的原理 光纤照明系统是由光源、反光镜、滤色片及光纤组成，如图一所示。 当光源通过反光镜后，形成一束近似平行光。由于滤色片的作用，又将该光束变成彩色光。当光束进入光纤后，彩色光就随着光纤的路径送到预定的地方。 由于光在途中的损耗，所以光源一般都很强。常用光源为150~250W左右。而且为了获得近似平行光束，发光点应尽量小，近似于点光源。 反光镜是能否获得近似平行光束的重要因素。所以一般采用非球面反光镜。 滤色片是改变光束颜色的零件。根据需要，用调换不同颜色的滤光片就获得了相应的彩色光源。 光纤是光纤照明系统中的主体，光纤的作用是将光传送或发射到预定地方。光纤分为端发光和体发光两种。前者就是光束传到端点后，通过尾灯进行照明，而后者本身就是发光体，形成一根柔性光柱。 对光纤材料而论，必须是在可见光范围内，对光能量应损耗最小，以确保照明质量。但实际上不可能没有损耗，所以光纤传送距离约30m左右为最佳。 光纤有单股、多股和网状三种。对单股光纤来说，它的直径为Ф6～Ф２０mm.同时又可分为体发光和端发光两种.而对多股光纤来说,均为端发光.多股光纤的直径一般为Ф0.5～Ф3mm,而股数常见为几根至上百根. 网状光纤均为细直径的体发光光纤组成.可以组成柔性光带. 从理论上讲,光线是直线传播的.但在实际应用中,人们都希望改变光线的传播方向.经过科学家数百年不懈的努力,利用透镜和反光镜等光学元件来无限次的改变传播方向.而光纤照明的出现,正是建立在有限次的改变光线传播方向,实现了光的柔性传播.正如圆弧经无数次的分割后成直线一样,光纤照明正是以无限次反射后,光线就随光纤的路径传送,实现了柔性传播.但是光纤照明的柔性传播,并没有改变光线直线传播的经典理论. 三、光纤照明的特点 1、 光线柔性传播 从理论上讲，光线是直线传播的。然而因实际应用的多元性，总希望能方便地改变光的传播方向。光纤照明正是满足了这一要求。这是光纤照明的特点之一。 2、 光与电分离 在传统照明中，都是由光源将电能转换成光能直接得到的，光与电是分不开的。但电有一定的危险性，所以很多场合都希望光与电分开，排除各种隐患，确保照明的安全性。所以光与电的分离是光纤照明的特点之二。 四、光纤照明系统的构成 光纤照明系统经通过长期的应用和完善，大部分已实现了产品化。 光纤照明系统一般由电源控制器、光纤和尾灯三部分组成。 1、 电源控制器 电源控制器由光源、反光镜、滤色片及风扇等四部分组成。 光源的常用功率为150w～250w，产品的品牌有欧司朗、GE及赛克司光源几种。 反光镜是耐高温镀银玻璃，常用为非球面反光镜， 光束颜色的变化是通过变换不同颜色的滤色片来实现的，一般有红、黄、绿、蓝等几种颜色。色片固定在可转动的色轮上，然后通过步进电机来实现光束颜色的变换。 由于光源散发大量的热能，所以必须有风机来冷却，以保证控制器的正常运行。 为了使光纤照明具有更多色彩，适应更广泛的需求，所以由智能控制器来代替普通电源控制器。它可以将光的强度、光的颜色实现连续变化，也可闪变。在音乐喷泉中还可随其音乐节奏而同步变化。 2、 光纤 光纤已形成系列产品，它有端发光和体发光两种。它们分别还有单股、多股和网状之分（见图二）。 常见光纤的技术参数见表一： 序号 名 称 外 径 （±mm ） 长 度（ m ） 外 表 颜 色 1 单股端发光 φ6 φ9 φ14 φ18 φ20 φ25 30/60 黑色 2 单股体发光 φ8 φ14 φ20 φ25 30/60 透明 3 多股端发光（刮号内为股数） φ3.8(7) φ5.2(14) φ7(25) φ9.4(50) φ10.5(75) φ12(100) φ13(126) 30/60 黑色 3、 尾灯 4、 于端发光的光纤来说，一般都根据照明要求和装饰的艺术效果来选择尾灯。常见尾灯有水晶灯、亭园灯、地埋灯、吊灯等。 五、光纤照明的应用 由于光纤照明的独特优点，它已广泛地应用于各种场合，并在不断地推广中。现将目前国内应用情况简述如下： 1、 室内装饰 在室内装饰中，用体发光光纤来构成轮廊线条。其效果是光照均匀、颜色和顺。利用光晕照明，更有立体感。 在大厅中，其顶部用水晶吊灯可模拟星空效果。忽明忽暗，使人有无限太空的遐想。 在吧台上，装上水晶吊灯更显得华丽别致。 在洞房里，在席梦思周围形成一个彩色光边，更增添了新房的温馨和浪漫。 2、 水景照明 水景离开了照明就失去了迷人的景色。而不安全照明又给游人带来危险的隐患。由于光纤照明实现了光电分离，是水景中绝对安全的绿色照明。 光纤照明除了针对水体照明时，使水色更为艳丽动人外，也可用光纤来构成水池的轮廊线。使垂直的彩色水姿与横向的水池轮廓，形成协调的线条美。 3、 游泳池 游泳池是人体进入水中，光纤照明应是首选的照明设备。同时，用光纤作泳道的分界线既美观又清晰。 4、 城市建筑 在灯光工程中，用体发光光纤来构成建筑轮廓线是最常见应用实例。特别是对一个城市的形象建筑，以多彩的线条把建筑轮廓在夜色中显得更蔚蔚壮观。同时光纤照明中，可用光色使建筑物随季节而变化。 5、 园林绿化 在园林绿化中，用端发光光纤来作亭圆灯、地埋灯，使绿地道路，在照明的同时也有色彩变化。在景观道路上，装上星星点点的端发光光纤，更增加了景观的趣味性。 6、 溶洞照明 溶洞是一种自然景观，由于它没有阳光照射，全靠灯光来展现它的风采。多变的光色和柔性的光纤，对无规则溶石和湖岸更显出它的有用武之地，使溶洞的景色更迷人。而最重要的是清除了对游客的不安全隐患。 7、 古建筑物及文物照明 在一般的灯光照射下，因紫外光的作用，使图书文物、木结构等建筑物加速老化。同时有电会造成大火的危险。而用光纤照明，既安全又能达到理想的艺术效果。 8、 易燃易爆场合 在油库、矿区等严禁火种入内的危险场合中。应用其他各种照明都有明火的隐患。如不小心就会酿成大祸。从安全角度看，因光与电分开，所以光纤照明应是一种最理想的照明。 9、 太阳光的利用 在我们常见的太阳能利用中，都是把太阳光转换为热能或电能，而光纤可将太阳光直接加以利用。 人是太阳光抚育下的人，太阳光的综合光谱是人类难以复制的。所以能把太阳光直接引入室内，不但改善了原来的居室照明，而且对于地下室、隧道等永远见不到阳光的地方能重见光明。 六、小结 光纤照明是一种新颖的照明技术，随着产品的成熟及新应用领域的开发，将会得到更广泛的应用。同时在大力普及中不断提高，成本不断降低，产品更为成熟。让光纤照明早日走进寻常百姓家，为大众服务。